مقدمه و پیشینه:
مطالعه ژنتیک سلولها و زیست شناسی سلولی کمک کرد تا تکنیک هیبریداسیون در محل ساخته شود که توسط آن ناهنجاری ها و بیماریهای مادرزادی در حین روشهای بالینی بهتر و موثرتر تشخیص داده شده و کنترل گردند. سطح دقت و اختصاصی بودن این تشخیص نقش محوری ای را در درمان، جلوگیری و کاهش درد و رنج بیماران دارد. تشخیص توالی خاصی روی کروموزوم یا حضور یا عدم حضور آن نگرانی اصلی سیتوژنتیک در تشخیص بیماریها یا ناهنجاری های ژنتیکی است. تکنیک هیبریداسیون درمحل در اوایل دهه ی 1980 به وجود آمد. این تکنیک در مقایسه با دیگر تکنیکهای سیتوژنتیک به زمان کمتری نیاز دارد. با استفاده از این تکنیک امکان شناسایی ناهنجاری های مختلف در کروموزوم وجود دارد که باعث آسانتر شدن درمان و افزایش امید به زندگی میشود. هدف این مقاله مروری است بر مفهوم FISH، افزایش نیاز به استفاده از آن و مزیت های آن در علوم پزشکی.مکانیزم FISH:
قدم اول این است که قطعات کوتاهی از DNA تک رشته ای که با پروتئین ژنی که دنبال آن میگردیم جفت میشود آماده کنیم. به این قطعات پروب گفته می شود. پروب DNA به دو روش مستقیم و غیرمستقیم نشانه گذاری میشود. سپس پروب و DNA هدف دناتوره می شوند و اتصال بخشهای مکمل رخ میدهد. انتخاب پروبهای FISH بستی به نوع بیماری یا ناهنجاری دارد.
روند افزایش تکنولوژی FISH در سراسر جهان:
جستجوهای انجام شده نشان می دهد تکنیک FISH از اوایل دهه ی 1980 معرفی شد. درسال های بعد محبوبیت بیشتری کسب کرد و عرص های جدید از پژوهش با این این روش شروع شد. جستجوها با استفاده از کلیدواژه های “fluorescence in situ hybridization” و” application of FISH” در بانک اطلاعاتی PubMed نشان میدهد استفاده از این تکنیک ابتدا در دهه ی 1980 آغاز گشته و در دهه ی 1990 افزایش یافت.
مروری بر تکنولوژی FISH در علوم پزشکی:
Histiocytoid Sweet Syndrome
سندرم سوییت به عنوان درماتوز نوتروفیلی حاد شناخته میشود و توسط تومور جامد بدخیم یا بیماری التهاب روده یا عفونت دستگاه گوارش یا دستگاه تنفسی فوقانی در ارتباط است. دراینجا از FISH استفاده شد تا حضور ژن پیوندی BCR/ABL تعیین شود. روش های سنتی نمی توانند معیارهای تشخیی سندرم سوییت را برآورده کنند. از این رو FISH برای ارزیابی وجود ناهنجاری کروموزومی در نفوذ پوستی نمونه بیوپسی اولیه انجام شد. سندرم سوییت همچنین ممکن است لوسمی پوستی نیز نشان دهد.Differential Diagnosis of Pseudomosaicism from True Mosaicism
با استفاده ازFISH در آنیوسیت کشت نشده میتوان به سرعت موزائیکیسم کاذب را از واقعی تشخیص داد. در آمنیوسیت کشت نشده آنالیز مولکولی سیتوزنتیک میتواند به عنوان ابزاری ضروری برای این تشخیص افتراقی و در کشف ایزوکروموزوم 20q استفاده شود.Autologous Fat Grafting
در بسیاری از جراحی ها مانند جراحی زیبایی اسکلتی، بازسازی سینه و جوانسازی صورت استفاده میشود. FISH میتواند در تشخیص توالیهای DNA یا RNAای خاص با زمینه سلول استفاده شود. در این جا این تکنیک به جراح کمک میکند که از درجهی آنژیوژنز و آدیپوژنز مطمئن شود.(Dedifferentiated Liposarcoma (DDLPS
برای پیشبینی بهتر در تشخیص Dedifferentiated Liposarcoma مهم است که DDLPS زودتر از دیگر high-grade spindle و سارکوماهای پلیمورفیک زودتر تشخیص داده شود. بیان و تشدید MDM2 در تشخیص حیاتی DDLPS حیاتیاند. هیبریداسیون در محل فلوئورسنت MDM2 اطلاعات خوبی را برای تشخیص بیماری در اختیار میگذارد.Streptococcus Pneumonia
استرپتوکوکوس نومونیا میتواند با استفاده از FISH در نمونه های کشت خون شناسایی شود. پنوموکوکوس به عنوان یک عامل اصلی در عفونت باکتریایی در کودکان و بزرگسالان شناخته میشود. روش FISH بدون استفاده از درمان آنزیمی میتواند این باکتری را در نمونه کشت خون شناسایی کند. مطالعات در بنگلادش نشان داده اند که این تکنولوژی جدید میتواند مداخله ای مفید برای شناسایی بیماری های خاص نوزادان باشد.Aneuploidies
مطالعات نشان میدهد که آنوپلوییدی های مربوط به به سن عمدتا به دلیل جدانشدن کرموزوم ها هنگام میوز رخ میدهند. با این حال مطالعات روی گویچه های قطبی اول و دوم باعث شده تا بتوانیم آنوپلوییدی را در بیماران IVF شناسایی کنیم که ممکن است شانس تولد نوزادی مبتلا به سندرم داون یا دیگر آنوپلوییدی ها را کاهش دهد. با کمک FISH شناسایی سیگنال های کروموزوم در اینترفاز ممکن است. بنابراین میتواند روشی مطمئن برای تشخیص آنوپلوییدی های متداول قبل از لانه گزینی باشد.کاربرد های FISH در انکولوژی:
(Chronic Myeloid Leukemia (CML
پروتئین های فیوژن غیرطبیعی ناشی بازآرایی کروموزومی به طور قابل توجهی در مکانیزم مولوکولی لوسمی شرکت میکند. ترانسلوکاسیون BCR/ABL معمولا در لوسمی میلوییدی مزمن (CML) رخ می دهد. روش FISH استانداردی برای تشخیص ترانسلوکاسیون های کروموزومی به کار میرود و بدین ترتیب به عنوان یک ابزار حیاتی در انتخاب یک درمان هدفمند در انواع لوسمی به کار می رود.(Multiple Myelomas (MM
مالتیپل میلوماها سلولهای B تغییرکرده ی ناهمگون بدخیم هستند. مطالعات مولکولی نشان داده اند که ترانسلوکاسیون های اولیه که در استیج های ابتدایی MM رخ می دهند با تعداد زیادی از ترانسلوکاسیون های ثانویه در زمان پیشرفت تومور ادامه می یابند. در اینجا FISH برای اینترفاز هسته و اختلالات کروموزومی کوچک موثر است.Prostate Cancer
در نیمی از کیسهای سرطان پروستات، androgen-regulated TMPRSS2 و خانواده ی ETS شامل (ERG، RTV1 و ETV4) شناسایی شدند. در سالهای اخیر از FISH چهاررنگ برای پیداکردن جابجایی TMPRSS2 و ERG استفاد می شود.Breast Carcinomas
در 10 تا 20 درصد کاسینوماهای سینه ی انسانی، بیان بیش از اندازه ی HER2 دیده میشود. پروتئین HER2 تیروزین کینازی فعال است که نقش اساسی ای در رشد و تمایز سلول ایفا میکند. هم اکنون از FISH برای اندازه گیری بیان HER2 استفاده میشود. سنجش FISH ابزاری حیاتی برای اندازه گیری بالینی شاخص HER2 است.Renal Mesenchymal Neoplasm
تشخیص مناسب نئوپلاسم مزانشیمی رنال چالش برانگیز است.تشخیص با بیوپسی سوزنی سخت است. در اینجا ایمونوهیستوشیمی و FISH برای یک تشخیص دقیق استفاده می شوند.(Cholangiocarcinoma (CC
(Cholangiocarcinoma (CC به عنوان نوعی بدخیمی نادر دستگاه گوارش شناخته می شود. به دلیل ورورد محدود در محل تومور تشخیص های پیش از جراحی به به تکنیک های بازتابی بستگی دارد. بدین ترتیب، دریافت اطلاعات از CC ممانعت دارد. مطالعات نشان داده اند که FISH متواند اختلالات عددی و ساختاری چهار کروموزوم در بیماران مبتلا به CC را تشخیص دهد.Pulmonary Adenocarcinomas
بازآرایی لنفوم کیناز آناپلاستیک به آدنوکارسینومای ریوی مرتبط است. بازآرایی ALK معمولا از فیوژن میکروتوبول اکینودرم مانند EMI4 با ALKدر کروموزوم 2P23 دیده میشود. فیوژن پروتئینEML4-ALK میتواند توسط FISH تشخیص دادهشود.Melanoma
ملانوما نوعی سرطان است که از سولول هایی به نام ملانوسیت رشد میکند. این بیماری میتواند کاملا توسط روش FISH تشخیص داده شود. برای این کار از چهار پروب RREB1، MYB، CCND و CEP6 استفاده میشود.انواع تکنیک های FISH: تکنیک FISH به روشهای مختلفی انجام می شود که این روشها وعملکرد هریک به تفکیک در جدول زیر نشان داده شده است:
|
FIGURE 2: Flow chart of literature search |
||||||||
| Sr. No. | Different Types | Function | Name of the study | Author | YEAR | |||
| 1 | ACM- FISH | In sperm cell, structural and numerical chromosomal abnormalities can be detected | Integrating new tests of sperm genetic integrity into semen analysis: breakout group discussion | Perreault, et al. [12] | 2003 | |||
| 2 | armFISH is a 42- color M- FISH variant | Abnormalities at the chromosomal arms (p- and q-arms of all 24 human chromosomes; exception: p-arm of the Y and acrocentric chromosomes) | Arm-specific multicolor fluorescence in situ hybridization reveals widespread chromosomal instability in glioma cell lines | Sallinen, et al. [13] | 2003 | |||
| 3 | CARD- FISH | Amplification of signal which is obtained by peroxidase activity | Detection of activity among uncultured Actinobacteria in a drinking water reservoir | Nielsen, et al. [14] | 2006 | |||
| 4 | CAT-FISH | Expression of genes patterns in brain | Environment-specific expression of the immediate-early gene Arc in hippocampal neuronal ensembles. | Guzowski, et al. [15] | 1999 | |||
| 5 | CO-FISH | The orientation of tandem repeats in the centromeric regions of chromosomes | Strand-specific FISH reveals the orientation of chromosome 18 alphoid DNA. | Goodwin, et al. [16] | 1993 | |||
| 6 | CB-FISH | The cytological analysis of micronucleation and aneuploidy | Detection of mosaic chromosome 21 aneuploidy in vivo with the CB-FISH method. | Chen, et al. [17] | 2000 | |||
| 7 | COD- FISH | Quantification of gene copy number and the protein amount | A new method for detecting pericentric inversions using COD-FISH. | Bailey, et al. [18] | 1996 | |||
| 8 | Comet- FISH | DNA damage | Modification of the alkaline Comet assay to allow simultaneous evaluation of mitomycin C- McKenna, induced DNA cross-link damage and repair of et al. [19] specific DNA sequences in RT4 cells. | McKenna, et al. [19] | 2003 | |||
| 9 | D-FISH | Detection of BCR/ABL fusion in chronic myeloid leukemia (CML) | A two color BCR-ABL probe that greatly reduces the false positive and false negative rates for fluorescence in situ hybridization in chronic myeloid leukemia | Grand, et al. [20] | 1998 | |||
| 10 | DBD-FISH | Any sites of DNA damage/breakage in the sample genome | Application of FISH to detect DNA damage. Fernandez, DNA breakage detection-FISH (DBD-FISH). et al. [21] | Fernandez, et al. [21] | 2002 | |||
| 11 | Fiber- FISH | Mapping of genes and chromosomal regions on fibers of chromatin or DNA | High-resolution DNA fiber-FISH for genomic DNA mapping and colour bar-coding of large genes. | Florijn, et al. [22] | 1995 | |||
| 12 | Flow-FISH | visualize and measure the length of telomere | Telomere length dynamics in human Rufer, et al. lymphocyte subpopulations measured by flow [23] cytometry | Rufer, et al. [23] | 1998 | |||
| 13 | Fusion- Signal FISH | In peripheral blood and bone marrow 9;22 Philadelphia translocation is detected | Detection of a minimal residual disease state in chronic myelogenous leukemia patients using fluorescence in situ hybridization | Amiel, et al. [24] | 1994 | |||
| 14 | Harlequin- FISH | Cell cycle-controlled chromosome analysis in human lymphocytes | Detection of chromosome aberrations by FISH as a function of cell division cycle (harlequin- FISH) | Jordan, et al. [25] | 1999 | |||
| 15 | Immuno- FISH | Both DNA and proteins can be analyzed in the same sample | Association of transcriptionally silent genes with Ikaros complexes at centromeric heterochromatin | Brown, et al. [26] | 1997 | |||
| 16 | M-FISH | Facilitating the analysis of complex chromosomal rearrangement | Multicolor spectral karyotyping of human chromosomes | Schrock, et al. [27] | 1996 | |||
| 17 | ML-FISH | Identifying multiple microdeletion syndromes in patients | Simultaneous, multilocus FISH analysis for detection of microdeletions in the diagnostic evaluation of developmental delay and mental retardation | Ligon, et al. [28] | 1997 | |||
| 18 | PCC-FISH | Chromosome damage after irradiation | The prediction of human tumor radiosensitivity in situ: an approach using chromosome aberrations detected by fluorescence in situ hybridization | Brown, et al. [29] | 1992 | |||
| 19 | Q-FISH | Determining the repeated number of telomere on a specific chromosome | Short telomeres on human chromosome 17p | Martens, et al. [30] | 1998 | |||
| 20 | QD-FISH | Human metaphase chromosomes, human sperm cells, bacterial cells, and also to detect subcellular mRNA distribution in tissue sections | Semiconductor nanocrystal probes for human metaphase chromosomes | Xiao, et al. [31] | 2004 | |||
| 21 | Raman- FISH | Finding out the microbial communities at a single-cell resolution. | Raman-FISH: combining stable isotope Raman spectroscopy and fluorescence in situ hybridization for the single cell analysis of identity and function | Huang, et al. [32] | 2007 | |||
| 22 | Reverse- FISH | For characterizing of chromosomes and chromosome amplifications in cancer | Fluorescence in situ hybridization with Alu and L1 polymerase chain reaction probes for rapid characterization of human chromosomes in hybrid cell lines. | Lichter, et al. [33] | 1990 | |||
| 23 | RING- FISH | Identification of individual genes and detection of halo appearance from fluorescence signals at the bacterial cell at periphery | In situ functional gene analysis: recognition of individual genes by fluorescence in situ hybridization | Zwirglmaier, et al. [34] | 2005 | |||
| 24 | RNA-FISH | Allelic-specific expression in per cell basis | RNA-FISH to analyze allele-specific expression | Braidotti, et al. [35] | 2001 | |||
| 25 | T-FISH | Mapping of gene loci and looking for specific transcripts in cells | Detection of t(11;18) (q21;q21) in marginal zone lymphoma of mucosa-associated lymphocytic tissue type on paraffin embedded tissue sections by using fluorescence in situ hybridization. | Nomura, et al. [36] | 2003 | |||
